热解温度对锂离子电池Si/C复合负极材料性能的影响

以酚醛树脂为碳源,采用球磨-热解工艺制备了一系列Si/C复合负极材料,通过XRD、SEM、恒流充放电等测试方法,研究了热解温度对复合材料结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明,前驱物经不同的热分解温度得到的复合负极材料,其衍射峰基本与原料硅和石墨的衍射峰相符。随着热分解温度的升高,硅颗粒的分散性得到改善,并与石墨及无定形碳层交错起来形成微孔结构,直接对复合材料的电化学性能产生较大的影响。当热分解温度为1000℃时,合成的Si/C复合负极材料综合电化学性能较好,首次充放电效率可以达到73.1%,以100mA/g放电,循环100周后容量保持率为89.7%,以200mA/g放电,循环100周后容量保持率仍可以达到87.8%。     

锂离子电池Si/C/石墨复合负极材料的电化学性能

采用热裂解方法, 热解分散于聚偏二氟乙烯溶液中的硅和石墨, 得到了具有稳定电化学循环性能的Si/C/石墨复合负极材料。透射电子显微镜观察发现, 复合材料形貌为无定型碳包裹硅颗粒的核壳结构。通过系统研究不同Si粒径和石墨含量对电极电化学性能的影响, 发现Si颗粒粒径越小复合材料电化学循环稳定性能越优越, 适当的降低石墨含量有利于电极材料剩余比容量的提高。当Si粒径为50 nm, Si与石墨质量比1:1时, 电极材料具有1741.6 mAh/g的首次放电比容量和72.5%的首次库仑效率, 60次循环后, 可逆比容量保持在820 mAh/g。热解有机物形成碳包覆的结构能有效地改善硅基类负极材料的电化学循环性能。     

锂离子电池 Si-Mn/C负极材料的电化学性能

利用机械球磨法得到Si和Mn原子比为3:5的复合材料,将此材料与20 wt％的石墨混合球磨得到Si3Mn5／C复合材料．利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析材料的物相和电极的微观结构．结果表明:所得材料中没有Si-Mn二元新相的生成,材料的颗粒尺寸为0．5—2．0μm．碳的加入抑制了活性中心Si在循环过程中的较大结构变化,且Si—Mn复合物颗粒均匀地分散在碳的网格中,增加了复合材料的电接触．合成样品的电化学测试表明, 石墨的添加提高了Si-Mn复合材料的可逆容量和循环性能． Si-Mn／C复合物的首次可逆容量为347mAh·g-1,充放电效率为70％．进而经200℃热处理的Si-Mn／C电极的首次可逆容量为 463mAh·g-1,充放电效率为70％．在30个循环后复合材料仍保持426mAh·g-1的可逆容量, 充放电效率稳定在97％以上．     

用于锂离子电池的高性能SiOx/C/石墨烯复合负极材料

以SiO、丁苯橡胶(SBR)及石墨烯为原料,通过高温歧化、机械球磨、喷雾干燥和高温热解制备电化学性能优异的锂离子电池SiO_x/C/石墨烯复合负极材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能谱仪(EDS)和恒流充放电测试仪对复合材料的物相、颗粒形貌及电化学性能等进行表征。结果表明,热解后的SiO_x/C/石墨烯复合负极材料的首次放电容量为1 807mAh/g,100次循环后,可逆容量高达1 349mAh/g,库伦效率为99.1%,循环稳定性远高于SiO_x/C和SiO_x/C/graphene前驱体,具有良好的倍率性能。     

基于工业废料的Si/TiN/TiSi2多相复合锂离子电池负极材料的制备及其电化学性能

Si负极材料理论容量高,但其电子电导率低和脱嵌锂过程体积变化大易粉化,使其循环稳定性和倍率性能差以及高性能硅基锂离子电池负极材料成本高,这均妨碍了其大规模产业化应用.本研究提出以太阳能电池硅片切割废料Si粉和TiN粉为原材料,采用低成本的活性气体机械球磨法制备了一种高性能的Si/TiN/TiSi2多相复合负极储锂材料.研究发现,Si在H2气氛球磨过程中与部分TiN发生反应,原位生成了纳米尺度的TiSi2,TiN和新形成的TiSi2弥散于亚微米尺度的Si基体中.Si/TiN/TiSi2复合材料的电化学性能与TiN的添加量紧密相关.其中,物质的量比Si/0.2TiN的体系具有最佳的电化学性能,在300 mA·g-1电流密度下,其首次可逆容量为2394 mA·h·g-1,首次库伦效率达75.8％,经过200次循环后,容量仍保持1295 mA·h·g-1,保持率高达54％.在2.0 A·g-1电流密度下的可逆容量达到609 mA·h·g-1.机理分析表明:高导电的惰性相TiSi2和TiN弥散在Si基体中不仅有利于电极材料在充放电循环过程中的电子传输,且有效缓冲了Si在嵌脱锂过程的巨大体积变化.这是TiN添加改善硅基复合负极材料电化学性能的主要原因.     

具有核壳结构的锂离子电池用Sn/C复合负极材料研究

采用碳热还原法以及沥青裂解包覆技术,制备具有核壳结构的Sn/C复合负极材料,对采用改性天然石墨与人造石墨作为内核的效果作了比较,并分析研究壳层的厚度对材料综合性能的影响.结果表明,采用改性天然石墨作为内核能更有效分散Sn金属颗粒,另外沥青裂解碳包覆层的厚度对材料的循环稳定性具有较大的影响.以改性天然石墨为内核,具有(10％+20％)双层包覆结构的负极样品具有最佳的综合性能,首次库伦效率为76.3％,54周的容量保持率为99％.材料结构的设计以及结构的合成工艺是解决锡基合金负极材料体积效应的重要途径.     

一种Si/NiSi2@C复合锂离子电池负极材料的高效制备及其电化学性能

以Si粉和Ni粉为主要原材料,通过对Si粉和Ni粉的球磨处理,结合柠檬酸碳源的高温热解,制备出一种碳包覆的Si/NiSi_2@C复合材料。采用多种技术手段研究了不同Ni添加量和原位碳的引入对复合材料结构形貌及其作为锂离子电池负极材料的电化学性能的影响。结果表明,Si粉和Ni粉在球磨过程中反应生成了NiSi_2合金相,弥散分布于复合材料中。柠檬酸高温裂解碳包覆于Si/NiSi_2复合颗粒表面,为复合材料构建了良好的导电网络。NiSi_2和高温裂解碳不仅增加材料的导电性,而且缓冲了脱嵌锂过程中Si的体积膨胀,有效地提高了材料的电化学性能。由于NiSi_2的电化学嵌锂活性低,随着Ni添加量的增加,材料的首次充放电容量降低,但材料的循环稳定性有所增加。其中当Ni的添加量为5wt%的Si/NiSi_2@C复合材料首次充放电容量分别为2754和2235mAh/g,首次库伦效率超过80%,经100次循环后的容量保持为1242mAh/g,显示出良好的电化学性能。     

锂离子电池SiOx/C/CNTs复合负极材料的制备及其电化学性能

通过机械球磨、喷雾干燥和高温热解制备锂离子电池SiO_x/C/CNTs复合负极材料,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线能谱仪(EDS)和恒流充放电测试仪,对其物相组成、颗粒形貌及电化学性能进行了表征,并与SiO_x/C和SiO_x/C/石墨烯复合材料的性能对比。研究结果表明,CNTs的引入不仅可以增加复合材料的可逆容量,还可以有效提高材料的循环稳定性。SiO_x/C/CNTs复合负极材料在100mA/g下首次放电比容量为1 981.5mAh/g,循环100周后,放电容量仍有474.0mAh/g,倍率性能较优,具有良好的应用前景。     

锂离子电池Sn/C复合负极材料的研究进展

具有高理论比容量和低操作电压的锡及其氧化物负极材料,在当前对锂离子电池高能量密度和高功率密度的日益迫切的需求下备受关注。但其在充放电过程中的巨大体积效应导致其循环性能较差,严重阻碍了锡基负极材料的实用化。在改善循环性能的诸多方法中,结合纳米化和微观结构设计来制备纳米结构Sn/C复合负极材料是一种较好的改性思路。按照锡与碳的复合形式,可将其分为表面附着型、核壳包覆型、弥散包覆型等基本构型和其他复杂结构。本文按此分类方法,从制备工艺、微观结构、电化学性能等方面对各种Sn/C复合负极材料的研究进展进行了评述,并提出将各种基本构型相结合来制备具有多级复合纳米结构的Sn/C复合材料,同时简化制备工艺,对于其性能的进一步提升和实用化将具有重要的意义。     

锂离子电池Sn基负极材料研究进展

综述了锂电池用Sn基负极材料近年来的发展现状,着重讨论了Sn基氧化物、Sn基复合氧化物、Sn基合金以及Sn基复合物等Sn基负极材料的制备方法、性能特点、存在问题以及改善途径。指出单一方法难以全面改善Sn基负极材料的性能,综合运用结构优化、成分控制、掺入基质以及优化还原剂、黏合剂和电解质添加剂等途径才能更好地改善Sn基负极材料的电化学性能。最后,对Sn基负极材料的研究趋势进行了展望,并指出以石墨烯为基质的Sn基复合材料是今后研究的重要方向。     

K_2CO_3添加对提高Si/C负极电化学性能的作用

本文研究了Si/C锂离子电池负极材料中K_2CO_3的添加对提高电极电化学性能的作用及其作用机理。采用恒流充放电测试和电化学阻抗谱(EIS)研究了不同K_2CO_3添加量对Si/C负极电化学性能的影响;通过扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)等方法分析了K_2CO_3添加对Si/C负极在循环过程中结构和成分变化的影响。研究结果表明,加入K_2CO_3后,由于电极在循环过程中结构稳定性增强以及电极的固体电解质界面(SEI)膜阻抗和电荷转移阻抗减少,使Si/C负极的循环稳定性和倍率性能得到明显提高。     

锂离子电池中高容量硅铝/碳复合负极材料的制备与性能研究

锂离子电池用高容量负极材料普遍存在首次不可逆容量高、循环性能差等问题. 本文采用高温固相法制备了硅铝/碳锂离子电池负极材料, 制备出的复合负极材料的比容量远高于目前锂离子电池普遍使用的中间相碳微球, 循环寿命则优于同粒度的硅单体为活性中心的硅碳复合材料. Al引入Si/C复合材料中, 有效抑制了材料的首次嵌锂深度,且减缓了电压滞后现象. 制备的复合负极材料首次可逆容量达到600mAh/g, 首次充放电效率在85\%以上, 25次循环后容量仍保持90%以上.     

锂离子电池硅/碳复合负极材料的研究进展

负极理论容量最大的硅在充放电过程中,体积过度膨胀粉化导致容量衰减快,成为其作为商用负极材料的最大障碍.碳材料不仅具有一定的电化学活性,结构也较稳定,可以作为硅电极的"缓冲基体";具有高容量和优良循环性能的硅-碳复合负极材料已经成为该领域的研究热点.按照碳材料的分类,评述了Si/C复合电极材料,并初步展望了该领域的研究方向.     

新型高能量密度锂离子电池负极Li21Si5/石墨烯复合材料的合成与性能研究

本研究利用放电等离子烧结技术同时实现热化学锂化与致密化, 制备得到Li₂₁Si₅与石墨烯两相分布均匀、高致密度的纳米结构复合材料。石墨烯的二维结构、优异的电导率以及大量结合紧密的两相界面能够有效地限制活性颗粒在脱锂过程中的体积收缩并促进电荷在活性颗粒内部的传输, 促使该复合材料表现出优异的电化学性能。预脱锂和首次嵌锂比容量分别为968和1007 mAh∙g^-1, 达到商业化应用锂-碳体系的3倍, 首次库伦效率达到94.5%。循环100圈后比容量仍然可保持在590 mAh∙g^-1, 循环稳定性相比于采用碳颗粒制备的复合材料提升了1倍。即使在1 A∙g^-1的高电流密度下循环, 比容量仍可保持在540 mAh∙g^-1。本研究为设计开发应用于锂离子硫、锂离子氧等高能量密度电池体系中的富锂合金负极材料提供了新的途径。     

静电纺丝法制备Si/C复合负极材料及其性能表征

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为高分子聚合物配体, 采用静电纺丝法制备了Si/C复合负极材料。利用PVP高温烧结形成的碳作为体积缓冲骨架, 有效地解决了硅在循环过程中的体积膨胀和粉化问题。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的晶体结构及微观形貌进行了研究。结果表明, 材料整体呈纤维状分布, 纤维直径300 ~ 400 nm, Si粒子以“麦穗状”均匀地分布在由无定形碳构成的纤维上。电化学测试结果表明, 复合材料首次充放电的不可逆容量为294.9 mAh/g, 是由于电极与电解液界面间固态电解质(SEI)膜的形成所致。另外, 复合材料在低倍率(0.1C、0.2C和0.5C)和高倍率(1.0C和2.0C)下均具有较高的库伦效率及较好的循环稳定性。     

LiFePO4/C正极材料的微波合成及性能研究

采用机械球磨结合微波辐射工艺合成C包覆锂离子电池正极材料LiFePO4/C.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和恒电流充放电测试研究了不同C源和掺C量对样品物相结构、形貌和电化学性能的影响.实验结果表明,微波法可以快速合成LiFePO4/C正极材料;以乙炔黑作为C源,掺杂8%(质量分数)所合成的样品具有最好的电化学性能,在室温下以20mA/g进行充放电测试,其首次放电容量为148.44mAh/g,10次循环后仍有144.74mAh/g,容量保持率为97.51%.